專利名稱:聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑及其制備方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種污水處理絮凝劑及制備方法,具體地說是一種聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑及其制備方法。
背景技術:
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,大量污水的排放,嚴重污染了人類生存的環(huán)境,因而水體污染是人類亟待解決的問題。絮凝沉降法是一種重要的水處理方法,廢水的凈化質(zhì)量在很大程度上取決于絮凝劑的性能,因此,開發(fā)各種高效絮凝劑是當前水處理的主要研究熱點之
o目前,處理廢水常使用的絮凝劑分為無機絮凝劑及有機絮凝劑兩類。無機絮凝劑中,聚合硫酸鐵是一種堿式硫酸鐵的聚合物,無毒無害,化學性質(zhì)也比較穩(wěn)定,長期保存也不容易變質(zhì),可以溶于水,是一種新型、優(yōu)質(zhì)、高效的鐵鹽類無機高分子絮凝劑。但是,由于聚合硫酸鐵分子量不夠大、聚集體的粘附架橋能力仍不夠強,因此在聚合硫酸鐵的基礎上又進行復合高分子改性。聚硅硫酸鐵是在聚硅酸和聚合鐵鹽絮凝劑的基礎上發(fā)展起來的新型復合型無機高分子絮凝劑。始創(chuàng)于20世紀90年代初期。由于聚硅酸對水體中的膠體具有很強的吸附架橋作用,鐵鹽在水溶液中具有較強的電中和能力,兩者復合而成的聚硅硫酸鐵同時具有電中和及吸附架橋作用,絮凝效果有所提高,對于常規(guī)污水處理的凈化性能較好。但是,由于聚硅酸是硅膠趨向于沉淀的動力學中間產(chǎn)物,聚合到一定程度就會成為凝膠,因此其儲存穩(wěn)定性較差。此外,不同行業(yè)的污水具有不同特性,相應地,其處理藥劑和方法也各有不同,而制藥廢水則因其具有微生物破壞性而不適于常用的生物法處理。隨著制藥行業(yè)發(fā)展,其制藥企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水也逐年增加。除具有前述特點外,制藥廢水本身成分復雜、有機物含量高、毒性大、色 度深,含鹽量高、不同藥企以及同一藥企內(nèi)部間歇排放的廢水,會呈現(xiàn)明顯不同的酸堿性,更重要地是,其COD值高而且可生化性差,所有這些復雜因素糾雜在一起,使得現(xiàn)有絮凝劑在制藥廢水處理中無法取得穩(wěn)定滿意的凈化效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑及其制備方法,以解決現(xiàn)有絮凝劑儲存穩(wěn)定性差、在處理制藥廢水時存在凈化效果差的問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:一種聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑,該絮凝劑包括聚硅硫酸鐵和非離子聚丙烯酰胺,鐵和非離子聚丙烯酰胺,所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:21 2120:1。本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:53 1590:1。本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:53 795:1。本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:79.5 795:1。本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:79.5 530:1。
本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:106 530:1。本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:106:1。本發(fā)明所提供的聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑的制備方法,包括以下步驟:將聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺按上述質(zhì)量比混合,在20 25°C下,攪拌I 4小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。本發(fā)明中所述攪拌時間為2 3小時。其中本發(fā)明中聚硅硫酸鐵的制備方法為:
(i)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的pH至2 4,得聚硅酸溶液;
(ii)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻,得硫酸鐵溶液,將所述硫酸鐵溶液與所述聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為I混合,在攪 拌下加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的燒堿溶液,在溫度為45 55°C下,熟化110 130 min,得聚硅硫酸鐵。本發(fā)明所述步驟(i)用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的pH值為3。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于選用有機高分子非離子型聚丙烯酰胺對無機高分子聚硅硫酸鐵進行改性,通過選擇適當?shù)呐浔人苽涞挠袡C-無機聚丙烯酰胺復合聚硅鐵絮凝齊U,既具有良好的儲存穩(wěn)定性,又能在針對制藥廢水的凈化處理中表現(xiàn)出較好的COD去除率及去濁率。本發(fā)明中選用非離子型聚丙烯酰胺作為改性原料是使絮凝劑具有良好穩(wěn)定性的關鍵,這是因為,經(jīng)過實驗研究證明,無論是選用陰離子聚丙烯酰胺還是陽離子聚丙烯酰胺對聚硅硫酸鐵進行改性,均不能制得穩(wěn)定有效的絮凝劑,推測其中原因,可能是由于聚硅硫酸鐵聚合物帶有大量的陽離子,與陰離子型聚丙烯酰胺復合時,發(fā)生陰陽離子電中和反應,使得復合后的聚合物從液體中析出,絮凝劑穩(wěn)定性變差;陽離子型聚丙烯酰胺與聚硅硫酸鐵混合時,兩者陽離子間的排斥作用使得聚硅硫酸鐵和聚丙烯酰胺聚合物的鏈狀結構發(fā)生變化,也易于從液體中析出,絮凝劑穩(wěn)定性變差。而只有非離子型聚丙烯酰胺的加入不會改變原有聚硅硫酸鐵分子鏈,同時增加了聚合物的分子量,提高了絮凝劑的絮凝性能;減少了聚硅硫酸鐵分子間的碰撞機會,即降低了其凝聚的可能性,提高絮凝劑穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的絮凝劑是針對制藥廢水的特性研發(fā)的有機無機復合絮凝劑,其不僅具有良好的儲存穩(wěn)定性,而且,用于制藥廢水處理時具有絮凝能力強、除濁性能好以及COD去除率高的特性。另外,其制備原料價格低廉,工藝簡單,操作方便,適于大規(guī)模生產(chǎn)和使用,可廣泛用于大規(guī)模制藥企業(yè)的生產(chǎn)廢水的處理。
具體實施例方式下面實施例用于進一步詳細說明本發(fā)明,但不以任何形式限制本發(fā)明。實施例1
(1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至2,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為I混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為45°C下,熟化110min,得聚娃硫酸鐵;(3)將聚硅硫酸鐵20ml與質(zhì)量比濃度為0.5%非離子聚丙烯酰胺IOOml混合,得聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺質(zhì)量比為21的混合物,將混合物在20°C下,攪拌2小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。實施例2
(1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至3,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為I混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為50°C下,熟化120min,得聚娃硫酸鐵;
(3)將聚硅硫酸鐵50ml與質(zhì)量比濃度為0.5%非離子聚丙烯酰胺IOOml混合,得聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺質(zhì)量比為53的混合物,將混合物在25°C下,攪拌2小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。實施例3
(1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至3,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為I混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為50°C下,熟化120min,得聚娃硫酸鐵;
(3)將聚硅硫酸鐵30ml與質(zhì)量比濃度為0.5%非離子聚丙烯酰胺40ml混合,得聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺質(zhì)量比為79.5的`混合物,將混合物在25°C下,攪拌2小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。實施例4
(1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至3,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為I混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為50°C下,熟化120min,得聚娃硫酸鐵;
(3)將聚硅硫酸鐵IOOml與質(zhì)量比濃度為0.5%非離子聚丙烯酰胺IOOml混合,得聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺質(zhì)量比為106的混合物,將混合物在25°C下,攪拌2小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。實施例5
(1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至3,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為I混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為50°C下,熟化130min,得聚娃硫酸鐵;
(3)將聚硅硫酸鐵IOOml與質(zhì)量比濃度為0.5%非離子聚丙烯酰胺50ml混合,得聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺質(zhì)量比為211的混合物,將混合物在20°C下,攪拌3小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。實施例6
(1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至3,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為I混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為50°C下,熟化120min,得聚娃硫酸鐵;
(3)將聚硅硫酸鐵IOOml與質(zhì)量比濃度為0.5%非離子聚丙烯酰胺20ml混合,得聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺質(zhì)量比為530的混合物,將混合物在25°C下,攪拌2小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。實施例7 (1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至3,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為I混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為50°C下,熟化120min,得聚娃硫酸鐵;
(3)將聚硅硫酸鐵90ml與質(zhì)量比濃度為0.5%非離子聚丙烯酰胺12ml混合,得聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺質(zhì)量比為795的混合物,將混合物在25°C下,攪拌2小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。實施例8
(1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至3,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1: Fe的摩爾比為I混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為50°C下,熟化120min,得聚娃硫酸鐵;
(3)將聚硅硫酸鐵IOOml與質(zhì)量比濃度為0.5%非離子聚丙烯酰胺IOml混合,得聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺質(zhì)量比為1060的混合物,將混合物在25°C下,攪拌2小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。實施例9
(1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至3,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為I混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為50°C下,熟化120min,得聚娃硫酸鐵;
(3)將聚硅硫酸鐵90ml與質(zhì)量比濃度為0.5%非離子聚丙烯酰胺6ml混合,得聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺質(zhì)量比為1590的混合物,將混合物在25°C下,攪拌2小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。實施例10
(1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至4,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為1.2混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為55°C下,熟化130min,得聚娃硫酸鐵;
(3)將聚娃硫酸鐵IOOml與質(zhì)量比濃度為0.5%非離子聚丙烯酰胺5ml混合,得聚娃硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺質(zhì)量比為2120的混合物,將混合物在23°C下,攪拌4小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。對比例I
(1)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為20%的硅酸鈉溶液,用硫酸調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的PH至3,得聚硅酸溶液;
(2)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得質(zhì)量比濃度為25%硫酸鐵溶液,將硫酸鐵溶液與聚硅酸溶液按S1:Fe的摩爾比為I混合,在攪拌下,加入適量的質(zhì)量比濃度為15%的NaOH溶液,以使溶液中具有足夠量的0H_參與硅、鐵離子的聚合反應,在溫度為55°C下,熟化120min,得聚娃硫酸鐵絮凝劑。實施例11本發(fā)明具體實施例的檢測方法
本檢測所用污水來自石家莊某制藥廠調(diào)節(jié)池廢水,其COD含量為7120 mg/L,PH=3.8。(I)絮凝劑儲存穩(wěn)定時間:即絮凝劑出現(xiàn)顆粒沉淀或凝膠之前保持均一透明狀態(tài)的時間,以考察絮凝劑儲存穩(wěn)定性,單位:小時。(2) COD去除率:采用重鉻酸鉀回流法;去除率=(污水COD-絮凝沉淀后上清液COD)/污水 CODX 100%。(3)去濁率:用皂土與自來水配制成濁度為100NUT左右的高濁度水,分別加入各試樣絮凝劑,使混合均勻,經(jīng)過絮凝和靜置后,用濁度儀測定各上清液及原水濁度,去濁率=加入絮凝劑去濁后的濁度/原水濁度X100%。本發(fā)明處理污水時,即每升污水投入的絮凝劑為20mg,投入后攪拌20分鐘,沉淀10分鐘,進行指標檢測。檢測結果:詳見表I
表I絮凝劑去污性能檢測
權利要求
1.一種聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑,其特征在于,該絮凝劑包括聚硅硫酸鐵和非離子聚丙烯酰胺,所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:21 2120:1。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑,其特征在于,所述聚娃硫酸鐵與非尚子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:53 1590:1。
3.根據(jù)權利要求2所述的聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑,其特征在于,所述聚娃硫酸鐵與非尚子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:53 795:1。
4.根據(jù)權利要求3所述的聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑,其特征在于,所述聚娃硫酸鐵與非尚子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:79.5 795:1。
5.根據(jù)權利要求4所述的聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑,其特征在于,所述聚娃硫酸鐵與非尚子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:79.5 530:1。
6.根據(jù)權利要求5所述的聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑,其特征在于,所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:106 530:1。
7.根據(jù)權利要求6所述的聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑,其特征在于,所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為:106:1。
8.—種權利要求1所述的聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:將聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺按所述質(zhì)量比混合,將混合物在常溫下攪拌I 4小時,即得聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑。
9.根據(jù)權利要求8所述的聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑的制備方法,其特征在于,所述將混合物在常溫下攪拌2 3小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚丙烯酰胺復合改性高分子聚硅鐵絮凝劑,包括聚硅硫酸鐵和非離子聚丙烯酰胺,所述聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為21~2120∶1;該絮凝劑的制備方法包括以下步驟(i)將硅酸鈉溶于蒸餾水中混勻得硅酸鈉溶液,調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液的pH值,得聚硅酸溶液;(ii)將硫酸鐵溶于蒸餾水中混勻得硫酸鐵溶液,將所述硫酸鐵溶液與所述聚硅酸溶液混合,加入堿液,熟化,得聚硅硫酸鐵;(iii)將聚硅硫酸鐵與非離子聚丙烯酰胺按所述質(zhì)量比混合,攪拌,熟化。本發(fā)明提供的絮凝劑不僅儲存穩(wěn)定性好,而且在用于制藥廢水處理時具有絮凝能力強以及COD去除率高的特性,可廣泛用于大規(guī)模制藥企業(yè)的生產(chǎn)廢水的處理。
文檔編號C02F1/56GK103073099SQ20131004999
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月8日 優(yōu)先權日2013年2月8日
發(fā)明者路達, 胡秀峰, 郝玉芬, 梁淑軒, 韋麗紅, 潘永月 申請人:河北大學